CN114166711A - 一种可控浓度的粉尘发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控浓度的粉尘发生装置及方法，包括注射泵（1）、雾化装置（3）、高温气化装置（4）、扩散室（5）、混合室（6）、采样室（7）、气源预处理装置（8）、流量控制装置（9）和加热模块（14）；所述注射泵（1）、雾化装置（3）、高温气化装置（4）、扩散室（5）、混合室（6）、采样室（7）依次相连。本发明结构简单，设计合理，可制造出高精度粉尘浓度环境，设备便携可移动，适合对在线监测设备现场进行标定检测；对比传统机械操作制备粉尘，运行稳定性更强，粉尘浓度可精准控制，粉尘粒径更均匀，浓度产生更平稳。
Description
技术领域
本发明属于环保检测设备技术领域，具体涉及了一种可控浓度的粉尘发生装置及方法。
背景技术
随着我国经济的发展和产业结构的调整转型，工业锅炉、电厂锅炉及工业窑炉等污染源所造成的环境污染问题愈加突出，其中粉尘污染尤其严重。近年来，国内燃煤电厂的“超低排放”改造的逐渐推行落实，对粉尘的治理主要通过布袋除尘（或者电除尘）协同湿法脱硫、湿电除尘工艺，导致国内污染源粉尘排放呈现低浓度、高湿度复合工况，在线监测难度较大。现有的主流在线监测产品需要对取样后的高湿粉尘进行高温气化预处理，以消除液滴对测量的影响。各类监测产品需要进行出厂计量标定，但生产厂家难以提供高湿低浓度的工况作为出厂测试环境，导致出厂计量标定失去具体意义，影响了仪器现场使用的有效性。且采用光学法测量的装置对粉尘的颜色、粒径大小比较敏感，而不同工况下粉尘的颜色等指标也存在较大差异，这些都给粉尘在线监测设备的计量带来困难。如何模拟产生一种精确可控的粉尘浓度环境，更好的对在线监测设备进行计量标定，成为了行业难点。
中国发明专利CN201310140290.5公开了一种粉尘环境模拟设备，包括粉尘发生装置、风洞、除尘器和风机，该模拟设备可以模拟出浓度均匀的粉尘环境，并且浓度可调，利用该模拟设备进行产品的试验得到的试验结构更加准确。该装置只能模拟产生稳定的粉尘环境，难以定量，且装置较大，很难做到便携移动化。
综上所述，现有技术方案存在难以准确定量产生粉尘浓度，不便携，且存在设备制造复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供了一种全新的可精确控制粉尘浓度的粉尘发生装置及方法。本发明可制造出高精度粉尘浓度环境，设备便携可移动，适合对在线监测设备现场进行标定检测。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种可控浓度的粉尘发生装置，包括注射泵、雾化装置、高温气化装置、扩散室、混合室、采样室、气源预处理装置、流量控制装置和加热模块；所述注射泵、雾化装置、高温气化装置、扩散室、混合室、采样室依次相连；所述流量控制装置的一端与所述气源预处理装置相连，另一端通过混合气路与混合室相连；所述加热模块的一端与所述高温气化装置相连，另一端通过汽化气路与所述混合气路相连。
本发明进一步说明，所述采样室设有主采样口、比对采样口和粉尘浓度传感器。所述粉尘浓度传感器实时检测采样室内的粉尘浓度，并传输给主控器。
本发明进一步说明，所述注射泵的玻璃注射器内盛装有发尘溶液。
本发明进一步说明，所述发尘溶液为已知浓度、没有悬浊状固体的澄清溶液，溶剂为纯净水，溶质为氢氧化钠和/或氢氧化钙。发尘溶液为溶质和水的混合液，并且通过控制它们的质量配比可控制粉尘浓度。
本发明进一步说明，所述雾化装置的内部为液体传导腔，腔内设有过滤棉和超声波雾化片，所述过滤棉的一端与超声波雾化片贴合；所述发尘溶液通过过滤棉传导到超声波雾化片上进行雾化，获得雾化气。设置过滤棉可以使得雾化速度得到缓冲，雾化效果更均匀。
所述雾化装置还可以选用喷嘴喷雾产生水雾。
本发明进一步说明，所述高温汽化装置为直通式射流泵结构；空气经由气源预处理装置、流量控制装置从汽化气路导入，经过加热模块的加热，进入射流泵体，产生负压抽取雾化气提并混合，使得雾化气迅速汽化，生成固体颗粒物混合气。
本发明进一步说明，所述流量控制装置采用质量流量计或者比例阀或者文丘里管控制装置。
在本发明中，可以通过控制发尘溶液的流量或者汽化和稀释气体的流量来控制粉尘浓度。
本发明进一步说明，所述固体颗粒物混合气通过扩散室均匀分布，然后和稀释气在混合室汇聚，最终传输到采样室，并经由采样室排出。
本发明进一步说明，所述高温气化装置、扩散室和加热模块所处的位置设置保温隔热层，为加热区；所述雾化装置的外部设置恒温加热装置，为恒温区。所述加热区指高温汽化装置、加热模块和扩散室所处的位置需要做保温隔热措施，所述恒温区指液体传导路径和雾化装置所处的位置需要进行恒温加热保护，以减少系统雾化颗粒传输的损耗，保持系统雾化控制的稳定和均匀。
本发明还提供了一种可控浓度的粉尘发生方法，采用上述述的可控浓度的粉尘发生装置，包括以下步骤：
步骤一，将浓度为C1 mg/L的发尘溶液注入注射泵的玻璃注射器内，配置和运行加热和相关气体控制装置；
步骤二，通过注射泵控制溶液导入雾化装置并雾化，流速为Q1 mL/min；所述发尘溶液汽化后气体流速为：Q1/18*22.4=1.244*Q1 L/min；
步骤三，外部空气通过气源预处理装置、流量控制装置产生汽化气体和稀释气体，气体流量为Q2 L/min，其中一路汽化气体经过加热模块后导入高温汽化装置，另一路稀释气体导入混合室实现稀释混匀；
步骤四，上述雾化汽化后的颗粒物浓度C mg/m3在理论上为：
C=K*Q1*C1/(1.244*Q1+Q2)；
步骤五，通过称重比对得到准确的浓度值对上述公式进行修正，K为修正系数，从而得到准确可溯源的粉尘浓度环境。
本发明的优点：
1.本发明结构简单，设计合理，可制造出高精度粉尘浓度环境，设备便携可移动，适合对在线监测设备现场进行标定检测。
2.本发明对比传统机械操作制备粉尘，运行稳定性更强，粉尘浓度可精准控制，粉尘粒径更均匀，浓度产生更平稳。
3.本发明的雾化装置内置过滤棉，可以使得雾化速度得到缓冲，雾化效果更均匀。
4.本发明通过配置不同浓度的发尘溶液，可以有效控制粉尘浓度；同时，还可以通过引入汽化气体和稀释气体，进一步控制粉尘浓度。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构框架示意图。
附图标记：1-注射泵，2-发尘溶液，3-雾化装置，4-高温汽化装置，5-扩散室，6-混合室，7-采样室，8-气源预处理装置，9-流量控制装置，10-混合气路，11-汽化气路，12-加热区，13-恒温区，14-加热模块，15-粉尘浓度传感器，16-主采样口，17-比对采样口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种可控浓度的粉尘发生装置，包括注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7、气源预处理装置8、流量控制装置9和加热模块14；所述注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7依次相连；所述流量控制装置9的一端与所述气源预处理装置8相连，另一端通过混合气路10与混合室6相连；所述加热模块14的一端与所述高温气化装置4相连，另一端通过汽化气路11与所述混合气路10相连。
实施例2：
作为上述实施例进一步优选实施方式，一种可控浓度的粉尘发生装置，包括注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7、气源预处理装置8、流量控制装置9和加热模块14；所述注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7依次相连；所述流量控制装置9的一端与所述气源预处理装置8相连，另一端通过混合气路10与混合室6相连；所述加热模块14的一端与所述高温气化装置4相连，另一端通过汽化气路11与所述混合气路10相连。所述采样室7设有主采样口16、比对采样口17和粉尘浓度传感器15。
实施例3：
作为上述实施例进一步优选实施方式，一种可控浓度的粉尘发生装置，包括注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7、气源预处理装置8、流量控制装置9和加热模块14；所述注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7依次相连；所述流量控制装置9的一端与所述气源预处理装置8相连，另一端通过混合气路10与混合室6相连；所述加热模块14的一端与所述高温气化装置4相连，另一端通过汽化气路11与所述混合气路10相连。所述注射泵1的玻璃注射器内盛装有发尘溶液2。所述发尘溶液为已知浓度、没有悬浊状固体的澄清溶液，溶剂为纯净水，溶质为氢氧化钠和/或氢氧化钙。
实施例4：
作为上述实施例进一步优选实施方式，一种可控浓度的粉尘发生装置，包括注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7、气源预处理装置8、流量控制装置9和加热模块14；所述注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7依次相连；所述流量控制装置9的一端与所述气源预处理装置8相连，另一端通过混合气路10与混合室6相连；所述加热模块14的一端与所述高温气化装置4相连，另一端通过汽化气路11与所述混合气路10相连。所述雾化装置3的内部为液体传导腔，腔内设有过滤棉和超声波雾化片，所述过滤棉的一端与超声波雾化片贴合；所述发尘溶液2通过过滤棉传导到超声波雾化片上进行雾化，获得雾化气。
实施例5：
作为上述实施例进一步优选实施方式，一种可控浓度的粉尘发生装置，包括注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7、气源预处理装置8、流量控制装置9和加热模块14；所述注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7依次相连；所述流量控制装置9的一端与所述气源预处理装置8相连，另一端通过混合气路10与混合室6相连；所述加热模块14的一端与所述高温气化装置4相连，另一端通过汽化气路11与所述混合气路10相连。所述雾化装置3的内部为液体传导腔，腔内设有过滤棉和超声波雾化片，所述过滤棉的一端与超声波雾化片贴合；所述发尘溶液2通过过滤棉传导到超声波雾化片上进行雾化，获得雾化气。所述高温汽化装置4为直通式射流泵结构；空气经由气源预处理装置8、流量控制装置9从汽化气路11导入，经过加热模块14的加热，进入射流泵体，产生负压抽取雾化气提并混合，使得雾化气迅速汽化，生成固体颗粒物混合气。所述固体颗粒物混合气通过扩散室5均匀分布，然后和稀释气在混合室6汇聚，最终传输到采样室7，并经由采样室7排出。
实施例6：
作为上述实施例进一步优选实施方式，一种可控浓度的粉尘发生装置，包括注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7、气源预处理装置8、流量控制装置9和加热模块14；所述注射泵1、雾化装置3、高温气化装置4、扩散室5、混合室6、采样室7依次相连；所述流量控制装置9的一端与所述气源预处理装置8相连，另一端通过混合气路10与混合室6相连；所述加热模块14的一端与所述高温气化装置4相连，另一端通过汽化气路11与所述混合气路10相连。所述注射泵1的玻璃注射器内盛装有发尘溶液2。所述发尘溶液为已知浓度、没有悬浊状固体的澄清溶液，溶剂为纯净水，溶质为氢氧化钠和/或氢氧化钙。所述高温气化装置4、扩散室5和加热模块14所处的位置设置保温隔热层，为加热区12；所述雾化装置3的外部设置恒温加热装置，为恒温区13。
实施例7：
一种可控浓度的粉尘发生方法，采用如实施例1-6的可控浓度的粉尘发生装置，包括以下步骤：
步骤一，将浓度为C1 mg/L的发尘溶液2注入注射泵1的玻璃注射器内，配置和运行加热和相关气体控制装置；
步骤二，通过注射泵1控制溶液导入雾化装置3并雾化，流速为Q1 mL/min；所述发尘溶液汽化后气体流速为：Q1/18*22.4=1.244*Q1 L/min；
步骤三，外部空气通过气源预处理装置8、流量控制装置9产生汽化气体和稀释气体，气体流量为Q2 L/min，其中一路汽化气体经过加热模块后导入高温汽化装置，另一路稀释气体导入混合室实现稀释混匀；
步骤四，上述雾化汽化后的颗粒物浓度C mg/m3在理论上为：
C=K*Q1*C1/(1.244*Q1+Q2)；
步骤五，通过称重比对得到准确的浓度值对上述公式进行修正，K为修正系数，从而得到准确可溯源的粉尘浓度环境。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：包括注射泵（1）、雾化装置（3）、高温气化装置（4）、扩散室（5）、混合室（6）、采样室（7）、气源预处理装置（8）、流量控制装置（9）和加热模块（14）；
所述注射泵（1）、雾化装置（3）、高温气化装置（4）、扩散室（5）、混合室（6）、采样室（7）依次相连；
所述流量控制装置（9）的一端与所述气源预处理装置（8）相连，另一端通过混合气路（10）与混合室（6）相连；
所述加热模块（14）的一端与所述高温气化装置（4）相连，另一端通过汽化气路（11）与所述混合气路（10）相连。
2.根据权利要求1所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述采样室（7）设有主采样口（16）、比对采样口（17）和粉尘浓度传感器（15）。
3.根据权利要求1所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述注射泵（1）的玻璃注射器内盛装有发尘溶液（2）。
4.根据权利要求3所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述发尘溶液为已知浓度、没有悬浊状固体的澄清溶液，溶剂为纯净水，溶质为氢氧化钠和/或氢氧化钙。
5.根据权利要求1所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述雾化装置（3）的内部为液体传导腔，腔内设有过滤棉和超声波雾化片，所述过滤棉的一端与超声波雾化片贴合；所述发尘溶液（2）通过过滤棉传导到超声波雾化片上进行雾化，获得雾化气。
6.根据权利要求5所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述高温汽化装置（4）为直通式射流泵结构；空气经由气源预处理装置（8）、流量控制装置（9）从汽化气路（11）导入，经过加热模块（14）的加热，进入射流泵体，产生负压抽取雾化气提并混合，使得雾化气迅速汽化，生成固体颗粒物混合气。
7.根据权利要求6所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述流量控制装置（9）采用质量流量计或者比例阀或者文丘里管控制装置。
8.根据权利要求6所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述固体颗粒物混合气通过扩散室（5）均匀分布，然后和稀释气在混合室（6）汇聚，最终传输到采样室（7），并经由采样室（7）排出。
9.根据权利要求1所述的可控浓度的粉尘发生装置，其特征在于：所述高温气化装置（4）、扩散室（5）和加热模块（14）所处的位置设置保温隔热层，为加热区（12）；所述雾化装置（3）的外部设置恒温加热装置，为恒温区（13）。
10.一种可控浓度的粉尘发生方法，其特征在于：采用如权利要求1-9所述的可控浓度的粉尘发生装置，包括以下步骤：
步骤一，将浓度为C1 mg/L的发尘溶液（2）注入注射泵（1）的玻璃注射器内，配置和运行加热和相关气体控制装置；
步骤二，通过注射泵（1）控制溶液导入雾化装置（3）并雾化，流速为Q1 mL/min；所述发尘溶液汽化后气体流速为：Q1/18*22.4=1.244*Q1 L/min；
步骤三，外部空气通过气源预处理装置（8）、流量控制装置（9）产生汽化气体和稀释气体，气体流量为Q2 L/min，其中一路汽化气体经过加热模块后导入高温汽化装置，另一路稀释气体导入混合室实现稀释混匀；
步骤四，上述雾化汽化后的颗粒物浓度C mg/m3在理论上为：
C=K*Q1*C1/(1.244*Q1+Q2)；
步骤五，通过称重比对得到准确的浓度值对上述公式进行修正，K为修正系数，从而得到准确可溯源的粉尘浓度环境。
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| CN117388136A (zh) * | 2023-08-29 | 2024-01-12 | 中国矿业大学 | 一种自校准的便携式振荡天平粉尘检测仪及使用方法 |
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